基于單片機控制路燈節電系統的研究

王 楠

（遼寧建筑職業學院，遼寧 遼陽 111000）

基于單片機控制路燈節電系統的研究

王 楠

（遼寧建筑職業學院，遼寧 遼陽 111000）

在當前節能環保理念的倡導下，使用單片機控制路燈照明系統，具有良好的節能作用。同時單片機可改變電壓器插頭、降低負載電壓，減少電能的耗費，延長路燈的使用壽命。本文從單片機的節電原理出發，分析了單片機控制的節能路燈系統變壓器的設計、電流與電壓的采樣電路設計以及控制和軟件設計，在此基礎上探討了單片機智能控制系統的硬件機構和軟件流程。

單片機；路燈節能系統；控制研究

在城市建設中，路燈照明設備作為一種公共設施是不可缺少的。但由于夜間電網的電壓一般較高，超過照明的實際需求，路燈的壽命也會因此減少。因此，在經過實驗證明的前提下，可采用單片機為核心的路燈節電系統。這種主要利用變壓器抽頭調壓，成本較低且具有較高的可靠性。與斬波降壓和變壓器降壓相比，這種降壓方式在工程上具有更大的推廣價值。

1 單片機控制的路燈節能系統節電原理

1.1 節能原理分析

采用單片機控制的路燈節能系統，其節能原理為在變壓器的原邊接入電網，在副邊串聯電網和中間負載。在變壓器的同名端接入電網時，電網的電壓將會大于負載上的電壓。而在改變了變壓器原邊抽頭的連接時，副邊的電壓會產生改變，而負載上的電壓也隨之而發生變化，合理控制了變壓器抽頭的變比。這使得在電網的電壓發生波動時，系統可以合理控制負載上的電壓比例，能夠在保證照明的前提下，實現節能目標。

1.2 單片機控制系統設計

單片機的控制系統設計主要采用的是雙CPU結構，并通過爽口的RAM實現數據交換。系統主要選用的是AT89C52型號的CMOS八位單片機，其具有高照明、低能耗的特點。并采用ADC0809作為模數轉換器，可以使電流、電壓的模擬量向數字量轉變。系統的時鐘是由單片機的ALE信號提供，通過中斷的方式用AD實現數據的轉換。同時，在系統的硬件上作了改進，擴展了CAN總線，可實現局域網的組建。

2 系統變壓器的設計

在由單片機為核心的路燈控制系統中，變壓器是一個極其關鍵的部分，其容量的抽頭的設計關系到整個系統能否正常運行，達到節能的目的。變壓器的電容量通常是由負載額定電流和副邊最大輸出電壓決定。在進行系統設計時，應充分考慮到電網電壓的升高趨勢。若電網的電壓升高至負載額定電壓的K倍，則變壓器的電容量需升高至K2倍。但負載電壓會降低，其電流會減小。因此，在超過額定電壓時，變壓器的電容量可不需升高至K2倍。

其次，對于變壓器抽頭的設計，一般而言，系統中有3至4個抽頭比較合理。如果變壓器原邊上的抽頭過多，則會導致系統運行時，負載電壓變化過大。如果過少，則難以對系統內的設備進行控制。在實際的運行中，按照3檔設計標準，在原邊和副邊上的抽頭之比可為14∶1.9∶1.6∶1，并可在電網電壓為220V和240V時切換抽頭。這樣，在電網的電壓發生波動時，其負載上的電壓可以受到良好的控制，充分滿足照明的需求，并實現有效節能。

3 電壓和電流的采樣電路設計

由于電網的電壓會出現波動的情況，為了實現充分照明和保證節能，需要對系統中的電壓和電流進行充分地控制，準確測量其數值。在電流的測量上可使用電流互感器作為測量的工具。其可真實反映電路中的電流，將主電路和用于測量電流的電路相分離，切實提高安全性，避免電流測量受到干擾。在電壓的測量上，則主要采用的是霍爾電壓傳感器，其具有高精度、動態性好、工作頻帶寬的特點，可充分保證電壓測算的可靠性。由于傳輸器的輸出信號主要是交流電量，但在實際的應用過程中，主要測量的是電流和電壓的有效值，如果采用傳統的方法，則會在很大程度上影響測量的有效性。因此，為了確保交流量的有效性，可采用AD公司研發的測量有效集成電路AD736。其具有很高的可靠性，對任何復雜的波形都可計算出其有效值，有利實現于系統電流和電壓的測量及控制。

4 路燈控制與軟件設計

在控制策略上，如果空氣開關關閉，需要選擇旁路工作，指示燈會顯示出旁路正在工作。若選擇節能，則微機工作，并按照預先設置的控制策略進行節電控制。在控制策略下，若輸入的電壓超過系統規定的最大或最小電壓，則系統會進行斷電處理，并實行故障報警。若電壓輸入在規定的范圍內，根據節電控制策略，可通過變壓器抽頭的更換調節負載電壓，實現節能控制。

在節能控制策略下編制的軟件，采用的是模塊化設計，除了主程序以外，圍繞主程序還設置了許多子程序，系統的許多功能主要是過這些子程序實現。在運行的過程中，通過系統的主程序調動子程序工作，包括三部分工作流程，分別是系統初始化、延時狀態以及系統的穩定和節能狀態。這樣設計可極大地簡化設計結構。

5 結束語

單片機控制的變壓器抽頭降壓路燈節能系統，具有成本低廉、操作簡單、控制智能化的優勢，既可保證照明，又能實現節能的要求，與其他節能降壓系統相比，有著更為廣泛的應用前景。該系統采用的技術較為成熟，系統的穩定性和可靠性較強，對環境的適應力和抗干擾能力也很高。未來，隨著我國城市化進程的不斷加快，該系統必將成為我國城市路燈照明節能系統上的新突破，并能得到更大范圍的推廣使用。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.048